Назначение

Как правило, схемы шунтирования выхода источника питания при превышении максимально допустимого уровня напряжения строятся на основе газоразрядных трубок или тиристоров.  Схемы фиксации напряжения состоят из стабилитрона, ограничителя напряжения и металоксидного варистора.

Схемы шунтирования удерживают напряжение ниже рабочего уровня до тех пор, пока переходный процесс не завершится. Затем производится сброс, и устройство начинает работу в нормальном режиме. Схема фиксации напряжения, наоборот, поддерживает напряжение выше рабочего во время переходного процесса.

Газоразрядные трубки используются для защиты от всплесков напряжения линий передачи данных или голоса и сигнальных линий, а также для защиты аппаратуры, устанавливаемой на стоороне пользователя. Они выдерживают токи до 40000 А и рассеивают энергию через газовую плазму под низким давлением, которая содержится внутри трубки. Газоразрядные трубки могут рассеять от 0,1 до 10000 Дж энергии.

Иногда их используют в сочетании с ограничителями напряжения и защитными тиристорами. Минимальной паразитной емкостью обладают полимерные ограничители. Как правило, она не превышает 0,2 пФ. Они могут использоваться в высокоскоростных цифровых схемах, таких как HDMI 1.3 без искажения сигнала.

 

Transient event – переходный процесс

Clamp level – урофень фиксации

Trigger voltage – напряжение срабатывания

Crawbarring – шунтирование выхода

Delatch – отключение защиты

Защита от ЭМИ  

На входе антенны, на линиях данных, интерфейсных входах и т.п. требуется защита от электромагнитного излучения. В качестве защитного элемента можно использовать недорогой керамический конденсатор с ультранизким ESR или одноканальный защитный элемент, если требуется более высокое быстродействие.

Альтернативное решение – использовать двухканальный компонент, подключенный к дросселю для фильтрации электромагнитных сигналов.

Многоканальные защитные устройства особенно полезны при защите линий данных, например, на линиях USB 3.0 или клавиатуре мобильного телефона.

Рекомендации по установке и расположению на плате

Типичная полоса частот переходных процессов составляет примерно от 3 МГц до 3 ГГц. Соответственно, следует применять те же меры защиты, что и для высокочастотных схем.

Защитную схему следует располагать ближе к разъему шины, чтобы помехи не проникали на плату. Поскольку высокочастотные помехи проходят по цепи с наименьшей индуктивностью, а не с наименьшим импедансом, необходимо разделить планы питания и земли. Это позволит уменьшить индуктивности на пути прохождения кратковременной помехи, и она вернется обратно.

Рекомендуется использовать разделительные конденсаторы 100–220 нФ рядом с выводами питания приемопередатчиков, UART и контроллерами. Для максимального ослабления эффекта индуктивности на переходных отверстиях рекомендуется использовать несколько отверстий для подсоединения выводов питания и земли разделительных конденсаторов и защитных устройств. Рекомендуемое сопротивление подтягивающих к питанию и земле резисторов составляет 1 – 10 кОм.

Перечисленные меры помогут снизить шумовой ток на этих линиях во время импульсной помехи.

 Если напряжение фиксации ограничителя переходного напряжения выше, чем максимальное напряжение на концах шины приемопередатчика, между линиями шины А и В следует установить резисторы для ограничения тока.

Итак, устройства защиты от электростатического разряда следует устанавливать перед  защищаемым компонентом (в т.ч. перед фильтром, резистором и предохранителей в сигнальной линии) и как можно ближе к разъему.

Предохранители от перегрузки по току

Существует два класса предохранителей: с быстрым откликом и предохранители, не реагирующие на короткие всплески и «иголки». Для безопасности пользователя на важных узлах, где требуется частое открывание для выполнения операций, следует применять быстродействующие предохранители.

Быстродействующие предохранители срабатывают в течение полуцикла, т.е. за 0,00833 с. При этом в схему успевает пройти только часть от пикового тока и перегрева проводников и компонентов не происходит. Медленные предохранители позволяют свести к минимуму процедуры замены при воздействии на схему коротких, но периодически повторяющихся всплесков тока.

Терморезисторы с положительным температурным коэффициентом по сути не являются предохранителями. Они помогают избавиться от необходимости постоянной замены предохранителей и сброса автоматических выключателей. Это пассивные устройства с нелинейной зависимостью сопротивления от температуры и тока. Они автоматически возвращаются в исходное состояние, когда неисправность устранена, и температура вернулась в допустимый диапазон.

Полимерные терморезисторы имеют нелинейную зависимость сопротивления от температуры. На ней наблюдается выраженный излом. Полимерные терморезисторы срабатывают менее, чем за секунду.